Giáo trình Điện tử công suất

 Hz. Công suất tối đa của chúng có thể lên đến vài trăm MW và tần số 
tối đa khoảng vài chục kHz. 
Cấu trúc mạch như sau: 
a. Bộ chỉnh lưu 
144 
 144 
Có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha hoặc ba pha. Thông 
thường ta gặp mạch cầu ba pha. Nếu như bộ chỉnh lưu một pha và bộ nghịch lưu 
ba pha, bộ biến tần thực hiện cả chức năng bộ biến đổi tổng số pha. 
Hình 7.4 bộ biến tần gián tiếp 3 pha. 
b. Mạch trung gian một chiều 
Có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf ( khoảng vài ngàn F ) mắc vào 
ngõ vào của bộ nghịch lưu. Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động như 
nguồn điện áp. Tụ điện cùng với cuộn cảm Lf của mạch trung gian tạo thành 
mạch lọc nắn điện áp chỉnh lưu. Cuộn kháng Lf có nhiệm vụ nắn dòng điện 
chỉnh lưu. Trong nhiều trường hợp cuộn kháng Lf không xuất hiện trong cấu 
trúc mạch và tác dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng tản 
máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu. Do tác dụng của diode nghịch đảo bộ 
nghịch lưu, điện áp đặt trên tụ chỉ có thể đạt những giá trị dương. Tụ điện thực 
hiện chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tải của bộ nghịch lưu và mạch trung 
gian. 
c. Bộ nghịch lưu áp 
Có dạng một pha hoặc ba pha. Quá trình chuyển mạch của bộ nghịch lưu 
áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức. Trong trường hợp đặc biệt, bộ 
nghịch lưu làm việc không có quá trình chuyển mạch hoặc với quá trình chuyển 
mạch phụ thuộc bên ngoài. Từ đó ta có hai trường hợp bộ biến tần với quá trình 
chuyển mạch độc lập và quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài. 
Như vậy, bộ nghịch lưu có vai trò rất quan trọng trong bộ biến tần. Bằng cách 
nghiên cứu phát triển bộ nghịch lưu chúng ta có thể có nhiều bộ biến tần tối ưu 
hơn. Ngày nay, bộ nghịch lưu áp hai thường được sử dụng vì những ưu điểm 
vượt trội của nó với công suất nhỏ vài kw. Những bộ biến tần sử dụng bộ nghịch 
lưu áp hai bậc gọi tắt là biến tần hai bậc. 
145 
 145 
So sánh giữa biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp 
 Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp 
Phạm vi họat 
động của điện áp 
ra 
Tương đối nhỏ( 0 đến 
25hz) 
Cao ( vài hz đến 
ngàn hz) 
Dạng sóng của 
điện áp ra 
Điều khiển khó khăn 
hơn. 
Dễ dàng điều 
khiển để có dạng 
áp ra là gần sin 
Phương pháp 
chuyển mạch 
Thuận lơi hơn, có thể đạt 
được công suất lớn hàng 
chục mw. 
Cần nhiều chi tiết bán 
dẫn hơn. Ví dụ bộ chỉnh 
lưu 6 xung cần 36 SCR. 
Công suất MW 
Chuyển mạch độc 
lập đòi hỏi ít chi 
tiết bán dẫn hơn. 
Hệ số công suất Thấp hơn Cao hơn trong 
phương pháp điều 
khiển độ rộng 
xung của điện áp 
ra. 
VI.BIẾN TẦN LEZER 
Máy điện đồng bộ chuyển mạch điện tử là máy điện ba pha dây cuốn 
mang các thuộc tính của một máy điện một chiều nhưng không có tổn hao và 
lỗi gây ra bởi chuyển mạch cơ khí. Việc điều khiển được thực hiện bằng 
một từ trường quay kích thích ở tần số xác định tạo ra bởi một hoặc nhiều 
chuyển mạch điện tử. 
Ở bài 4 ta sử dụng thiết bị biến tần (bộ biến đổi tần số) để điều khiển 
tốc độ của máy điện không đồng bộ 3 pha. Với phương thức trên, tốc độ (độ 
trượt) của máy là phụ thuộc vào tải. Đối với hệ thống trong thí nghiệm sử 
dụng máy điện đồng bộ với chuyển mạch điện tử, thì ảnh hưởng của tải 
được giảm đi rất nhiều. 
Như phần tử chuyển mạch được bổi xung, một máy điện đồng bộ chuyển 
mạch điện tử cần dùng một sensor cảm biến bị trí trên trục truyền động. Vị 
trí của trục này (được sử dụng trong bài thí nghiệm) có thể được điều chỉnh 
tương ứng với cuộn dây stator trên một dải khá rộng. 
146 
 146 
Quá trình điều khiển máy điện được dựa trên lý thuyết điều chế vector 
không gian. Để minh họa và ứng dụng lý thuyết này, hai chương trình đặc 
biệt đã được xây dựng. 
Thí nghiệm máy điện đồng bộ chuyển mạch điện tử được chia làm ba 
phần 
• Mô tả quá trình chuyển mạch điện tử và điều chế vector 
không gian sử dụng chương trình ‘VC-Train’ (SO6006 - 1). 
• Sử dụng phần mềm ‘EC-Train’ (SO6006 - 1) để điều chỉnh góc dịch 
chuyển tối ưu của rotor (góc tải) và mô tả quá trình dịch chuyển cổ góp( 
“brush shifting”) điện tử. 
• Sử dụng phần mềm Active ASMA để ghi lại các đặc tính của máy 
điện 
Nguy hiểm 
Trong tất cả các thí nghiệm sử dụng điện áp chính đều tồn tại các điện áp 
cao rất nguy hiểm. Vì lẽ đó, cần phải sử dụng các đầu nối an toàn và phải đảm 
bảo không xảy ra ngắn mạch. 
Kiểm tra kỹ dây nối ở các module làm việc trước khi cấp nguồn. Nếu có 
thể, sử dụng một đồng hồ ampe-mét tương tự trong mạch. Để bảo vệ các bộ 
phận quay của động cơ, sử dụng thiết bị bảo hiểm cạnh sắc và khớp nối. 
1. Các thiết bị đo và thành phần cần dùng 
Mô tả 
Số 
lượng 
SO3636-1A Bộ điều khiển số đa 
năng 
1 
SO3636-1R Bộ biến đổi tĩnh với 6 
IGBT 
1 
SO3636-1S Bộ bọc ngoài cho các thiết bị DC 
với 6 IGBT (2 bộ) 
1 
SO3636-2A Tải RLC với nhiệt kế và 3 
đèn hiển thị 
1 
SO3636-2G 
Biến áp cách ly 3 pha 300VA đi 
kèm nguồn một chiều 
(tối đa 220V/6A DC) 
1 
SO3636-2V Khuếch đại sai lệch 4 
kênh 
1 
LM6119 
Dây nối dài 2m (kết nối giữa khuếch 
đại sai lệch và bộ 
đ
i
ề
u
k
h
i
ể
n
1 
SE2662-3M Động cơ đồng bộ 3 pha cực 
lồi, 0,3KW 
1 
SE2662-6L Chỉ thị vị trí rotor, 
0.1/0.3kW 
1 
SO3538-8D Nguồn một chiều, ±15 
V/2 A 
1 
SO3212-5K Biến áp/ bộ kích thích cách ly khả 
biến 0-230V 
1 
SO5127-1L Đồng hồ đo RMS dải 
rộng 
1 
SO6006-1T Phần mềm VC-TRAIN và EC-
TRAIN 1.0 (GB) 
1 
SO3636-6R Bộ điều khiển số cho điều 
khiển/phanh servo 0,3KW 
1 
SE2663-6A Động cơ/phanh servo, 
0,3KW 
1 
147 
 147 
LM8925 
Module giao diện RS232/485 dành cho 
biến tần và 
khuếch đại điều khiển servo 
1 
LM9028 Cáp kết nối máy tính giao 
diện RS232/485 
1 
SE2662-2A Ố g bọc cao su 2 
SE2662-2B B
ả
o
v
ệ
m
ố
i
n
ố
i 
2 
SO6006-4A Phần mềm Active ASMA 
(GB) 
1 
LM9040 Cáp kết nối giao diện nối 
tiếp 9 chân 
1 
SO5148-1F Bộ đầu nối an toàn 4mm 
(47 chiêc) 
1 
SO5126-9X Giắc ắm an toàn 
19/4mm, màu trắng 
20 
SO5126-9Z Giắc cắm an toàn 19/4mm, 
màu trắng, được bọc 
10 
SH5007-3H Sách hướng dẫn sử 
dụng 
1 
2. Qui trình thực hiện 
Kết nối bộ điều khiển như trên sơ đồ đấu dây(Fig. 7.5) và nếu có thể 
thì thêm vào một ampemet tương tự (ví dụ như SO5127 – 1L) để theo dõi. 
Trong sơ đồ đấu dây(Fig. 7.5), động cơ được đấu theo sơ đồ tam giác. 
Các đặc tính của máy được ghi lại bằng một phần mềm độc lập, 
ActiveASMA (SO6006 – 4A). Phần mềm có khả năng vẽ nhiều loại tham số 
theo thời gian. Với mục đích này, mô men động cơ được thay đổi theo từng 
bước trong module tải. 
Phần mềm SO6006 – 1T với các thành phần VC-Train và EC-Train mô 
tả việc điều khiển điện tử động cơ với phương pháp điều chế vector không 
gian để tạo ra tần số biến đổi. 
Cài đặt và sơ đồ đấu dây: 
148 
 148 
Fig. 7.5 Sơ đồ đấu dây 
149 
Trang 149 
Điều chế vector không gian 
Phần mềm VC-Train cung cấp mô tả về quá trình điều khiển đối với động 
cơ đồng bộ 3 pha thông qua một bộ biến đổi tĩnh IGBT (SE2662-3M) ở tần 
số làm việc cố định. 
Bằng cách lựa chọn cài đặt "View | Circuit diagram", hệ thống chuyển 
mạch của bộ biến đổi được mô tả dưới dạng sơ đồ nguyên lý ở phía bên phải 
của màn hình. Màu của chuyển mạch chỉ thị trạng thái của nó: đen là tắt còn có 
màu là mở. Màu trung gian thể hiện sự thay đổi liên tục một cách nhanh chóng 
trạng thái của chuyển mạch trong quá trình tái tạo vector trung gian trong 
quá trình điều chế vector không gian. Nếu lựa chọn "View | Vector chart", sơ 
đồ nguyên lý này được thay thế bởi một sơ đồ vị trí các vector không gian với 
6 vector cơ bản và khi cần thiết là cả vector trung gian. 
Ở phía tay trái của màn hình là hình ảnh của vector cơ bản đã kích hoạt U, 
V và W trong một chu kỳ (có thể hơn, lựa chọn trong "View | X-axis"). Phía 
dưới chúng là 6 vector trung gian có thể được tạo ra. Ở dưới cuối màn hình là 
biên độ vector được tạo ra, là kết quả của biên độ theo phần trăm trong cửa sổ 
điều chỉnh ‘Amp’ nhỏ và biên độ tương đối của vector trung gian được đặt bởi 
người sử dụng khi có thể. Qua menu "View | Properties | Interm. vector", ta có 
thể chọn vị trí của các vector trung gian (từ 0o – 60o) và trong tab 
‘Amplitude’có thể đặt khoảng phần trăm phụ của chúng. 
Sau mỗi lần khởi động mới, chương trình VC-Train chạy mặc định không 
có vector trung gian (lựa chọn trong "View | Circuit diagram”). Để lựa chọn 
khoảng thời gian hiển thị mặc định, thiết lập trong menu "View | X-axis". Trước 
hết, không được khởi động bộ điều khiển mà phải điều chỉnh vị trí của máy và 
cảm biến vị trí rotor một cách độc lập. 
Có thể tạo một con trỏ dưới dạng một đường thẳng theo phương thẳng 
đứng bằng cách nhấn các nút con trỏ trong biểu đồ thời gian (cửa sổ bên trái) 
hoặc di chuyển nó trực tiếp bằng con trỏ chuột. hãy chủ ý đến thay đổi của các 
chuyển mạch trong khi con trỏ đi qua các đường thẳng màu xám. 
Trong bảng sau là trạng thái của các chuyển mạch trong 6 quãng thời 
gian đã cho (mỗi quãng là 60O). Chuyển mạch được đánh dấu X là đang mở. 
150 
Trang 150 
Chuyển tới "View | Vector chart", điều chỉnh biên độ đến 20% và lặp lại 
toàn bộ quá trình. Thay đổi giá trị của biên độ và theo dõi thay đổi của các 
vector trong các thông số cơ bản. 
Tiếp theo, chọn "Settings | Presets | Interm. vector", tạo ra 6 vị trí vector bắt 
đầu từ 0O và tăng theo bước 10o (biên độ tương đối của các vector trung gian 
được đạt mặc định ở mức 100%). Đặt biên độ cơ bản là 100%. 
Lặp lại các bước trên với từng bậc của sự di chuyển con trỏ trong thời gian 
thí nghiệm và quan sát thay đổi của vector chủ động. 
Đánh dấu ở trường thứ tư cho vector trung gian (30o). Các vector cơ bản 
kết hợp như thế nào để tạo ra vector trung gian chủ động? Gắn nhãn vector 
chủ động theo sơ đồ vector. 
Chỉ rõ chiều dài tương đối của các thành phần của vector cơ bản: 
Vector trung gian được tạo ra từ tổng của các thành phần U+/2 và V-/2 
của vector cơ bản U+ và V-. 
Xác định giá trị các thành phần (theo đơn vị 1/6) của các vector trung 
gian: 
1
0° 
2
0° 
3
0° 
4
0° 
5
0° 
1
/6 
2
/6 
3
/6 
4
/6 
5
/6 
5
/6 
4
/6 
3
/6 
2
/6 
1
/6 
Đỉnh của các vector không gian và trung gian vẽ nên hình gì? Dạng hình 
này được gọi là đường cong giới hạn điện áp do điện áp làm việc của bộ biến 
đổi tĩnh được tận dụng tối đa. 
Đỉnh của các vector không gian và trung gian được coi như là các hình 
lục giác. 
Các vector không gian và trung gian phải vẽ nên hình nào để có được 
điều khiển tối ưu đối với máy tức là về mặt vật lý, sự sử dụng tối ưu tính chất 
từ của các vật liệu? 
Các vector không gian và trung gian phải có giá trị không đổi theo 
thời gian; nói một cách khác, chúng phải vẽ nên một đường tròn. 
151 
Trang 151 
Làm cách nào để tạo ra dạng hình đã được mô tả ở trên, đường cong 
giới hạn đối với điều chế vector không gian? 
Sự bất biến của biên độ vector có thể được tạo ra nhờ một phép điều 
chế phụ của biên độ vector không gian bằng PWM. 
Hình 7.6: sơ đồ vevtor không gian 
Vector trung gian với góc 30° nằm trong lục giác của vector không gian, 
vuông góc với một cạnh (ở vành ngoài) của lục giác. Các vector trung gian 
khác cùng với vector này và một cạnh của lục giác tạo ra một tam giác vuông. 
Từ tam giác này, có thể suy ra hệ số giảm cần thiết của các vector để có thể 
đạt được đường cong giới hạn của điều chế độ vector không gian. 
Vector không gian cơ bản cần phải giảm đi bao nhiêu lần để tiến tới giá 
trị của vector trung gian ở góc α? 
Vector không gian cơ bản cần phải giảm đi cos(30°-α) lần. 
Lựa chọn "Settings | Presets | Amplitude", nhập hệ số chuẩn hóa cho mỗi 
vector trung gian và lặp lại các bước dịch chuyển con trỏ trong quãng thời 
gian nghiên cứu (xem trang trước). 
Kích hoạt dòng kích thích cho máy và đặt nó ở mức 0.5A. Sau đó, trong 
hộp thoại điều chỉnh tần số của VC-Train, đặt tần số ở giá trị thấp nhất. 
Không sử dụng đến cảm biến vị trí rotor, khởi động bộ điều khiển qua menu 
"Settings | Switch on control unit" hoặc sử dụng nút Start/Stop và quan sát sự 
thay đổi của vector không gian và máy điện đồng bộ. 
152 
Trang 152 
Trong một vòng quay của trục truyền động, với máy điện được sử dụng ở 
đây thì vòng quay của vector không gian thực hiện như thế nào? Có thể rút ra 
kết luận nào đối với số cặp cực p? 
Trong một vòng quay của trục, vector không gian quay 2 vòng, p = 2. 
Tắt bộ điều khiển. 
153 
Trang 153 
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MÔ ĐUN: 
Lớp học/ Phòng thực hành 
Lớp học được tổ chức tại xưởng thực hành chuyên môn hóa có đầy đủ trang 
thiết bị cho mô đun. 
Trang thiết bị máy móc: 
+ Máy tính, máy chiếu 
+ Các linh kiện điện tử thực tế, OSC. 
+ Các thiết bị đo điện, đồng hồ VOM, mỏ hàn, chì hàn, nhựa thông, mạch 
in... 
+ Board mạch phục vụ cho mô đun điện tử công suất: mạch chỉnh lưu, mạch 
điều khiển SCR, TRIAC.., dây kết nối, tải đèn, động cơ DC, AC. 
Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu : 
+ Giáo trình, giáo án, sổ lên lớp, sổ tay giáo viên 
+ Phần mềm chuyên dụng 
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ: 
 Nội dung 
*Kiến thức 
- Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm theo các yêu 
cầu trong các bài 3,5,6. 
*Kỹ năng: 
- Thiết kế, lắp ráp, cân chỉnh, đo được thông số của các mạch: AC-DC, 
AC-AC, DC-DC, DC-AC. 
- Phân tích các sự cố hỏng hóc, xử lý thay thế linh kiện mới hoặc linh kiện 
tương đương. 
- Ứng dụng các công việc đã được học vào trong thực tế. 
- Bài kiểm tra 1,2,3: kiểm tra thiết kế, lắp ráp, cân chỉnh, đo được thông 
số của các mạch. Đánh giá kết quả đạt được trong bài 3,4,6 
*Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập thể hiện ở tỉ mỉ, 
cẩn thận và chính xác. 
Đánh giá 
 - Thực hành đánh giá theo năng lực cá nhân của mỗi học viên. Đánh giá 
trực tiếp trên sản phẩm bài tập ứng dụng. 
 - Kiểm tra kết thúc mô đun: thực hiện ở cuối mô đun nhằm đánh giá tổng 
quát các kết quả đạt được. 
154 
Trang 154 
HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN MÔ ĐUN: 
Phạm vi áp dụng chương trình 
Chương trình mô đun này được sử dụng để giảng dạy cho sinh viên ngành điện 
tử công nghiệp, CDT trình độ cao đẳng, TC, LT. 
Hướng dẫn về phương pháp giảng dạy mô đun đào tạo: 
Đối với giáo viên: Chủ yếu là sử dụng phương pháp giảng giải kết hợp với một 
số hình vẽ minh hoạ, mô phỏng, nêu vấn đề, phân tích đi đến kết luận. Thao tác 
mẫu hướng dẫn sinh viên làm theo. Giải quyết các sự cố xảy ra trong quá trình 
giảng dạy. 
Đối với học viên: Thực hành trên thiết bị thực tế.Thảo luận nhóm, làm việc 
nhóm. Thực hành theo năng lực của từng cá nhân. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Mạch điện 1 – Phạm Thị Cư­ (chủ biên) – Nhà xuất bản giáo dục - 1996. 
2. Điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ - Nhà xuất bản khoa học và kỹ 
thuật 
3. Điện tử công suất – Nguyễn Bính – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật -
1993 
4. Power Electronics Handbook; ; Timothy L. Skvarenina; CRC 2002 
5. Hướng dẫn sử dụng với các giải pháp dành cho giáo viên SH5007-3A; 
3F;3C- Gs. Schauer